Nobelpreis für Entdeckung der Gravitationswellen vergeben - Auch Karsten Danzman und Team aus Hannover freuen sich

Gravitationswellen

Es war der 14. September 2015, als der italienische Forscher Marco Drago vom Max-Planck-Institut in Hannover an seinem Arbeitsplatz GEO 600, einem Gravitationswellendetektor bei dem kleinen Dorf Ruthe, ein paar Kilometer vor Hannover  am Rande einer Obstplantage und der freien Feldmark gelegen, um 11.20 Uhr ein Alarmsignal hörte und auf einen Bildschirm starrte. Was er da sah, konnte er zunächst nicht glauben. Die Linien schlugen zwei Minuten lang heftig aus. Kam das Signal durch einen Fehler zustande? Oder vielleicht durch einen Probeversuch, da sich die beiden neuen LIGO-Observatorien in den USA, die die Daten übermittelten, noch im Probebetrieb befanden?
Er holte zunächst einen Kollegen zuhilfe. Dann, als Amerika aus dem Schlaf erwacht war, wurde von dort und diversen anderen beteiligten Orten alles kontrolliert. Nein, es war wahrscheinlich kein Fehler und auch kein Probeversuch. Auch kein Erdbeben irgendwo, kein vorbeifahrender Trecker oder sonst irgendwas. Kein Störeffekt konnte festgestellt werden. Aber um sicher zu gehen, prüfte man den Vorgang ganz genau, wollte man doch keine falsche Botschaft in die Welt senden. Drei nicht enden wollende Monate lang. Doch dann war es gewiss: Der Vorgang hatte sich tatsächlich ereignet, die Gravitationswellen waren entdeckt worden. Eine Sternstunde der Physik und der Astronomie. Eine Weltsensation. Es durfte gejubelt werden, und die Sektkorken knallten.

Was war im Weltall geschehen? Welches Ereignis hatte diese Wellen ausgelöst? Vor 1,3 Milliarden Jahren haben sich in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung (1 Lichtsekunde = knapp 300.000 km) von unserem Sonnensystem zwei Schwarze Löcher umkreist, sind sich immer näher gekommen, bis sie schließlich zusammengestoßen und zu einem einzigen verschmolzen sind. Das eine hatte – und das alles kann wissenschaftlich genau nachgewiesen werden – 36 Sonnenmassen, das andere 29. Übriggeblieben ist ein Schwarzes Loch mit 62 Sonnenmassen. Der gewaltige Unterschied von drei Sonnenmassen, der sich dabei ergibt, wurde im Moment des Zusammenpralls im Bruchteil einer Sekunde als Strahlung und in Gravitationswellen ins All hinausgeschleudert. Und diese krümmen - was schwer vorstellbar ist - den Raum und verändern auch die Zeit, die so genannte Raumzeit, die sich verkürzen oder dehnen kann. So verläuft z.B. ein Lichtstrahl nicht als gerade Linie durch den Raum, sondern muss diesen Raumkrümmungen, die von Masse generell, durch schnelle Bewegung von Masse oder eben wie hier, durch Kollision von Massen erzeugt werden, folgen. Deswegen können Astronomen zum Beispiel Galaxien beobachten, wenn auch als verzerrtes Abbild, auch wenn diese durch andere Galaxien, die in den Weiten des Raumes genau davor stehen, verdeckt werden. Durch deren von ihnen erzeugte Raumkrümmung, führen sie die weiter entfernte Strahlung oder die Gravitationswellen, wie es eine Linse tun würde, um sich herum und leiten sie zu uns.

Albert Einstein hatte 1915, also genau 100 Jahre vor Entdeckung der Gravitationswellen, herausgefunden, dass sie existieren müssen. Ihr Entstehen kann man sich ähnlich den sich auf einer Wasseroberfläche ausbreitenden Wellen vorstellen, wenn man einen Stein in einen Teich wirft. Da die Wellen allerdings im Weltraum sehr, sehr schwach sind, war sich Einstein sicher, dass sie praktisch nie nachgewiesen und nie gemessen werden könnten.

Doch in den Sechzigerjahren wurde damit begonnen Messgeräte zu entwickeln, die Gravitationswellen feststellen sollten. Und in Hannover am Max-Planck-Institut, an der Leibniz-Universität und in Potsdam war man im Verbund maßgeblich daran beteiligt. Dort wurde mit Hilfe der Laser-Technik in jahrzehntelanger Arbeit ein Interferometer entwickelt, mit dem Größenordnungen, die 1000 mal kleiner sind als ein Proton, gemessen werden können. Das entspricht der knappen Größe vom millionsten Teil eines Millionstel Millimeters. Es ist also unvorstellbar klein.

Bei einem Gravtationswellen-Observatorium schickt man zwei Laserstrahlen durch zwei Röhren, die etwa im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Beim Forschungsinterferometer GEO 600 in Ruthe sind sie 600 Meter lang, bei den beiden Ligo-Observatorien in den USA vier Kilometer, wobei die Strecke durch Spiegel, die das Laserlicht viele Male hin und her werfen, auf über 1.000 Kilometer verlängert wird. Trifft nun eine Gravitationswelle das Observatorium, so werden die beiden Laserstrecken durch die von ihnen erzeugten Raumkrümmungen unterschiedlich lang sein. Mit dem vom Interferometer gemessenen minimalen Unterschied ist der Nachweis der Wellen gelungen.

Mit diesem Interferometer also, den Karsten Danzmann und sein Team in Hannover entwickelt haben, sind die Gravitationswellen vor eineinhalb Jahren entdeckt worden. Und das war eben nicht viel weniger als eine wissenschaftliche Sensation, die nur alle paar Jahrzehnte einmal vorkommt.
So ist es auch nur konsequent, dass nun der Physik-Nobelpreis dafür vergeben wurde. Die drei federführenden Wissenschaftler, Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne aus den USA werden ihn stellvertretend für über 1000 Wissenschaftler aus 16 Ländern, die daran beteiligt waren, erhalten. Und ohne Karsten Danzmann, seinem Vorgänger und dem hannoverschen Team wäre das nicht möglich gewesen. Sie haben einen großen Anteil daran und deswegen dürfen sie stolz auf ihre Leistung sein und sich genauso geehrt fühlen.

Also herzlichen Glückwunsch dazu und weiter so, denn das ist erst der Anfang. Mit dem Nachweis der Gravitationswellen tut sich ein vollkommen neues Fenster zum Weltall auf. Ein zusätzlicher Sinn ist entstanden. Da in etwa 15 Jahren auch ein Laser-Interferometer namens LISA mit einer Streckenlänge von  zweieinhalb Millionen Kilometern im Weltall installiert werden wird, woran die hannoverschen Wissenschaftler ebenfalls einen großen Anteil haben, wird man dann anhand der noch viel genaueren Messungen den unvorstellbar großen Weltraum mit allem was sich darin befindet besser verstehen lernen. Man wird vermutlich Dinge entdecken, von denen man jetzt noch nicht die Spur einer Ahnung hat. Wahrscheinlich wird die Wissenschaft sogar den Urknall erforschen können, den Augenblick, der nicht sichtbar ist, da das Universum die ersten 300.000 Jahre für elektromagnetische Wellen undurchdringlich war und ab dem unsere Welt entstanden ist. Gravitationswellen jedoch konnten das frühe Weltall ungehindert durchlaufen. Die Wahrscheinlichkeit ist nicht gering, dass das schon in den nächsten Jahrzehnten geschehen wird. Und was kann interessanter und spannender sein als zu erfahren, wie unsere Welt begonnen hat, wie sie aufgebaut ist, wie sie funktioniert und wie sie sich weiterentwickeln wird. Im Großen, wie im Allerkleinsten auch. Wir dürfen uns schon jetzt auf neue Erkenntnisse freuen, die sicher in den nächsten Jahren kommen werden. Wissenschaft kann sehr aufregend sein.